生物矿化中的凝聚态化学

不同于研究体相或分子与分子之间的常规化学,凝聚态化学重点关注的是多层次结构的凝聚态物质,主要研究凝聚态物质的化学性质与功能、构筑机制、凝聚态物质之间的反应以及结构与功能间的关系,也是生物矿化研究中特别感兴趣的科学问题。生物矿化是通过有机基质调控无机矿物的生成,构筑具有多层次结构和特殊功能(如保护、传感和运动等)的生物凝聚态物质。研究生物矿化中的化学构筑与结构-功能关系,通过仿生矿化可以设计并制备具有类生物矿物结构和先进功能的仿生凝聚态材料。本文从凝聚态化学的角度介绍生物矿化和仿生矿化领域的概况以及取得的重要成果和新认识,重点综述了本课题组近年来受生物矿化启发,基于无机离子寡聚体的仿生新材料构筑和功能方面的研究成果。相信生物矿化将为新兴凝聚态化学的研究和发展提供良好参考,同时从凝聚态化学的新高度看待和指导生物矿化,也将促进生物矿化研究走向新的台阶。     

基于全散射技术局域结构确定与凝聚态物质

原子或分子的堆积方式和元素分布是凝聚态物质的核心问题,而局域结构的精确测定则为揭示原子堆积方式和元素分布提供了重要手段。获得与化学成键直接关联的局域结构信息,是人们认识化学反应,理解功能材料设计结构本质的重要依据。基于全散射技术的原子对分布函数方法(PDF),通过考虑原子对间距的空间分布规律,为具有不同结晶状态和团聚方式的凝聚态体系提供了全尺度的结构信息。本文从介绍全散射和原子对分布函数方法的理论基础出发,根据凝聚态物质的聚集形态差异和结构化学特点,列举了近年来在研究凝聚态物质的原子对分布函数过程中,结合原位温度场、反向蒙特卡洛等方法获得的物质局域结构信息和短程到长程的结构演变。通过分析局域结构与长程结构的对比差异,从局域尺度的视角为研究凝聚态物质的化学反应、功能物性优化和外场响应提供了新的思路。     

凝聚态化学的研究对象与主要科学问题

本文提出了“凝聚态化学(Condensed Matter Chemistry)”的概念,提出其研究对象是由传统化学上被视为反应主体的原子、离子以及分子等“基本粒子”,藉“稳定的粘连关系”凝聚形成的具有特定组成、多层次结构与性质、功能的物质凝聚态。本文以固态为例,讨论了(1)凝聚态的多层次结构;(2)凝聚态的化学性质与化学反应;(3)凝聚态构筑化学中的前沿科学问题;(4)凝聚态化学中的高新表征方法与技术的发展与开拓。并对四个领域中的主要科学问题进行了比较深入的探讨,为进一步再认识传统化学,特别是对其中心问题,即化学反应的再认识提供了方向与基础,为开展“凝聚态的多层次结构-化学性质与化学反应-凝聚态物质的构筑定向合成与精准制备”三个方面的关系研究,总结规律与“分态”建立“凝聚态结构理论”与“凝聚态化学反应理论”,建设“凝聚态化学”提供了科学体系与内容,并为进一步开展“凝聚态工程学”研究提供了前提与基础。     

石油组分及其模型化合物的超分子化学作用

原油是最复杂的化学体系之一,人们对原油这种复杂的胶态分散体及其稳定性的研究兴趣与日俱增,尤其是与石油稳定性密切相关的沥青质超分子聚集体。但人们对形成沥青质超分子聚集体的主要作用力长期以来颇有争议。本文重点介绍了石油组分及其模型化合物在溶液中形成超分子聚集体的超分子化学作用研究进展。通过实验方法和理论计算证明沥青质聚集体是沥青质分子间通过氢键、π-π堆积、偶极-偶极相互作用等多种分子间弱相互作用力协同作用形成的热力学稳定结构;合成具有沥青质结构特点的纯化合物,研究它们在溶液中的行为,是提高对沥青质在液态相中自缔合行为认识的有效方法;结合现阶段的研究状况,对石油组分模型化合物的超分子化学作用研究的发展前景进行了展望。     

水热体系中的凝聚态及化学反应

水是一种清洁、安全、环境友好的化学反应介质,认识水介质体系中水的性质及水热化学反应对凝聚态化学的研究至关重要。水热条件下的水处于高温高压状态,其物理化学性质往往与常态下的水完全不同;因此,水热体系中可进行的化学反应范畴大为拓宽。本文介绍了水分子及其团簇的结构,水性质随条件变化的规律和特点以及水热体系中的凝聚态问题,综述了水热体系中典型的材料合成、水热有机化学反应、生物水热合成等内容,梳理了凝聚态和水热化学之间的关系,期望从凝聚态化学的角度为理解水热化学及反应体系提供一些新的思路。     

杯芳烃-卟啉化合物的合成及性质

杯芳烃和卟啉通过共价键连结或者分子间作用力聚集形成的杯芳烃-卟啉化合物在分子识别、分子催化、分子自组装等方面有潜在的用途. 本工作综述了杯芳烃-卟啉化合物的合成及性质.     

高中化学选修模块教材《物质结构与性质》对学生认识发展的影响研究

具体探查了学生对于"物质结构与性质"这部分内容的已有认识和认识方式,发现学生在"原子结构"、"微粒间的相互作用"和"物质的聚集状态"方面的已有认识及认识方式存在着不少问题。随后运用山东科技版高中化学选修模块教材《物质结构与性质》对学生施加影响,通过多种方法研究学生认识方式的转变以及认识的形成发展。在此基础上,对在学生认识的发展过程中教材和不同的教学方式、教学策略所起的作用分别进行了讨论。     

气态酸和有机胺响应的超分子凝胶

超分子凝胶是由有机分子在非共价键作用力驱动下自组装形成的一种具有液态和固态双重性质的软物质。超分子凝胶能对多种外界刺激做出响应,广泛应用于催化和传感等领域。与传统的小分子探针相比,超分子凝胶传感器显示出了多种检测模式和多信号输出的优点,如超分子凝胶材料的内部三维网络结构和较大的接触面积有利于分析物的快速渗透,并且其凝胶状态的变化可以作为检测过程中的输出信号。此外,干凝胶薄膜材料还具有三维网络结构,在检测气体分析物方面表现出优异的检测性能。本文重点介绍了超分子凝胶在气态酸和有机胺检测中的应用以及相关超分子凝胶的设计和检测机理,为构建用于气态酸和有机胺检测的新型超分子凝胶提供了参考。最后总结了超分子凝胶在气态酸和有机胺检测中存在的问题及应用前景。     

分子间作用力相关概念及其教学分析

"分子间作用力"是化学学科的重要概念.论述了分子间作用力相关概念的知识层级结构, 指出分子间作用力和化学键是2种不同的作用方式,对物质的结构及其性质产生不同的影响;分析了分子间作用力相关概念的学生认识发展和学习困难;解析了分子间作用力相关概念的教学关键问题,揭示了运用分类、比较、宏观、微观相结合的教学策略,有利于学生理解分子间作用力和形成解决这类问题的能力.     

促进学生学习微观抽象概念和理论的教学研究——以“分子间作用力与物质性质”为例

结合化学概念和理论课型的特点,以高中化学"物质结构与性质"模块"分子间作用力与物质性质"为课例,探讨如何合理组织教学内容和提供学习支架,使用实物模型加强对微观结构的理解,促进学生深入认识微观抽象概念和理论。     

α-Amino acid derived enaminones and their application in the synthesis of N-protected methyl 5-substituted-4-hydroxypyrrole-3-carboxylates and other heterocycles

A new and simple synthesis of novel N-protected methyl 5-substituted-4-hydroxypyrrole-3-carboxylates, which exist in equilibrium with their 4-oxo tautomers, has been developed in two steps starting from N-protected α-amino acids. The key intermediates are enaminones, which can also be isolated, characterized, and used for the construction of other functionalized heterocycles, before they spontaneously decompose to pyrrole products. 4-Hydroxypyrroles are prone to partial aerial oxidation but can be efficiently alkylated or reduced to stable polysubstituted pyrrolidine derivatives.     

Specific intramolecular aromatic CH insertion of diazosulfonamides

The chemoselectivity in the intramolecular CH insertion of various diazosulfonamides has been experimentally studied. The results reveal that the aliphatic 1,4-, 1,5-, or 1,6-C(sp³)?H insertions of diazosulfonamides are not accessible, while the aromatic 1,5-C(sp²)?H insertion can be realized specifically by adjusting the diazo-adjacent group. In addition, the general chemoselectivities in the intramolecular CH insertions of diazosulfonyl compounds are summarized. Generally, diazosulfones undergo both aromatic 1,5-C(sp²)?H and aliphatic 1,5- and 1,6-C(sp³)?H insertions, while diazosulfonates undergo aliphatic 1,5- and 1,6-C(sp³)?H insertions. However, diazosulfonamides only undergo aromatic 1,5-C(sp²)?H insertion.     

N-Heterocyclic carbene-palladacyclic complexes: synthesis,characterization and their applications in the C-N coupling and α-arylation of ketones using aryl chlorides

N-Heterocyclic carbene-palladacyclic complexes 3 were successfully achieved in a one-pot procedure under mild conditions. The structure of 3a was unambiguously confirmed by X-ray single crystal diffraction and it was an active catalyst in the Buchwald-Hartwig amination and α-arylation of ketones even at very low catalyst loadings (0.01?mol%).     

Iodine-mediated oxidative Pictet-Spengler reaction using terminal alkyne as the 2-oxoaldehyde surrogate for the synthesis of 1-aroyl-β-carbolines and fused-nitrogen heterocycles

An efficient iodine-mediated oxidative Pictet-Spengler reaction in dimethyl sulphoxide (DMSO) using terminal alkynes as the 2-oxoaldehyde surrogate for the synthesis of aryl (9H-pyrido[3,4-b]indol-1-yl)methanones is described. The scope of the protocol includes the total synthesis of Fascaplysin, Eudistomins Y₁ and Y₂. The methodology is extended for preparing pyrrolo[1,2-a]-quinoxaline and indolo[1,5-a]quinoxaline derivatives. The utility of 1-aroyl-β-carbolines was demonstrated by performing palladium-catalyzed β-carboline directed ortho-C(sp2)-H functionalization of the phenyl ring with thiomethyl (SMe) group using DMSO as source and for accessing 4-aryl-canthin-6-ones.     

Facile synthesis of bicyclic 1-arylpyrazol-5-ones

In this Letter, we described a facile method for constructing fused bicyclic 1-arylpyrazol-5-one ring system. We employed various methylene-containing carboxylic acids as the substrates and proved that the pyrazolone ring closure requires activated methylene group in intermediate II. Accordingly, a series of structurally diversified, fused bicyclic 1-arylpyrazol-5-ones was prepared in moderate to high yields using the requisite substrates.     

Synthesis of pyrrolo[1,2-a]pyrazines and pyrazino[1,2-a]indoles by Curtius reaction in Morita-Baylis-Hillman derivatives

Synthesis of substituted pyrrolo[1,2-a]pyrazines and pyrazino[1,2-a]indoles from the Morita-Baylis-Hillman derivatives of acrylates via saponification followed by Curtius reaction is described.     

正丁胺对激光染料荧光谱影响的研究

用正丁胺作为碳源,采用射频辉光放电制备碳膜,选用激光染料R6G和聚乙二醇混合液作为蒸气源,采用单源热蒸发,在蒸发室与染料同时沉积得到混合膜,用拉曼光谱和红外光谱分析了碳膜的结构和键合方式,分析表明:碳膜中存在胺基团和氢原子.混合膜的荧光谱测量结果表明,认为正丁胺对染料荧光谱的影响是因为胺基和氢原子的存在.     

Cu0-catalysed 1,3-dipolar cycloadditions of α-amino acid derived N,N-cyclic azomethine imines to ynones

A series of 20 CuAIAC reactions between eight 4-acylamino substituted pyrazolidine-3-one-1-azomethine imines and four terminal ynones were performed using Cu⁰ as catalyst. The corresponding fluorescent cycloadducts were obtained in very high yields upon simple workup. Thus, Cu-metal turned out to be a better catalyst than Cu^I in terms of yield and ease of isolation. Availability of azomethine imines, mild reaction conditions, and simple workup enable a “click” access to libraries of densely substituted 2,3-dihydro-1H,5H-pyrazolo[1,2-a]pyrazol-1-ones. Reactivity of differently substituted dipoles was evaluated experimentally and by quantum chemical methods (DFT).     

Synthesis and antioxidative/anti-inflammatory activity of novel fullerene–polyamine conjugates

(E)-4-(Fullerenopyrrolidin-1-yl)-3-methylbut-2-enoic acid and its corresponding succinimidyl ester, readily obtained through Prato-type modification of C₆₀, were used for the selective N-acylation of polyamines. The thus obtained conjugates were evaluated for their antioxidative and anti-inflammatory activity and their cytotoxicity was determined. Members of this family of compounds showed interesting anti-lipid peroxidation, anti-lipoxygenase and anti-inflammatory activity and comparable cytocompatibility to spermidine.